(57)【要約】  誘電体と導電体との交互層、例えば酸化物／金属または金属窒化物、例えばＳｉＯ2／ＴｉＮを単一のツールで、さらには単一の処理チャンバで連続して効果的に蒸着させることで、ＯＭＯＭ積層を多くの層と一緒に直接蒸着させる場合でも質を妥協することなく処理高が高まる。少なくとも２０の導電体／誘電性膜の対の積層の導電体と誘電性膜の蒸着を同じ処理ツールまたは処理チャンバで行い、蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、それによって導電性膜の蒸着と誘電性膜の蒸着との間に実質的な相互汚染がないということを達成できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パタニングした半導体基板上に膜積層を形成する方法であって、前記方法は、
導電性膜を蒸着し、
誘電性膜を蒸着し、
それによって前記導電性膜および誘電性膜の蒸着が、パタニングした半導体基板上に導電体／誘電性膜の対を形成する結果になることと、
前記導電性膜および誘電性膜の蒸着を繰り返して、導電性膜と誘電性膜との交互層を少なくとも２０対含む膜積層を形成することと
を含み、
前記導電性膜および誘電性膜の蒸着は、前記膜蒸着と膜蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じ処理ツールまたは処理チャンバで行われ、
前記導電性膜の蒸着と誘電性膜の蒸着との間に実質的な相互汚染はない、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記導電性膜と誘電性膜との対は、少なくとも１時間あたり５つのウエハという率で積層に蒸着される、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記導電性膜と誘電性膜との対は、前記蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じツールの異なるモジュールで行われる、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記導電性膜と誘電性膜との対は、前記蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じツールの同じモジュール内の異なるステーションで行われる、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記導電性膜と誘電性膜との対は、前記蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じツールの同じモジュール内の同じステーションで行われる、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、金属および／または導電性金属窒化物と酸化シリコン膜との対のうち少なくとも５０対が蒸着される、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記導電性膜は、最大抵抗率が５００マイクロオームｃｍである、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記導電性膜は、金属または金属窒化物である、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記導電性膜はＴｉＮである、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記誘電体は酸化物である、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記酸化物はＳｉＯ2である、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、前記蒸着は、熱化学蒸着（ＣＶＤ）によって行われる、方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、前記蒸着は、プラズマ励起化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって行われる、方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、前記蒸着は、原子層蒸着（ＡＬＤ）によって行われる、方法。
【請求項１５】
請求項４に記載の方法であって、前記異なるステーションは、それぞれがマイクロボリュームステーションである、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記マイクロボリュームステーションは、複数の絞り弁を備え、圧力を別々に維持できるように前記誘電体ステーションに１つ、前記導電体ステーションに１つ備えている、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、各ステーションに対する排気は、共有せずに局所的なものであり、それによって各ステーションからの排気は、ガスが相互に混合／汚染することなく別々の状態でいられる、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、前記モジュール内でのステーション間の相互汚染は、カーテンガスを用いる仮想のシーリングで防止される、方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、前記ステーションハードウェアは、腐食または汚染を回避するためにセラミックを含んでいる、方法。
【請求項２０】
請求項４に記載の方法であって、前記導電性膜と誘電性膜との対は、少なくとも１時間あたり５つのウエハという率で積層に蒸着される、方法。
【請求項２１】
導電体および誘電性膜の層を含む膜積層をパタニングした半導体基板上に統合して形成する装置であって、前記装置は、処理ツール内に処理チャンバを備える１つ以上のモジュールを備え、前記１つ以上のモジュールは、膜蒸着と膜蒸着の間に真空が破壊されることなく、少なくとも２０の導電体／誘電性膜の対の積層の導電体蒸着と誘電性膜蒸着を同じ処理ツールまたは処理チャンバで行うように構成され、それによって前記導電体の蒸着と誘電性膜の蒸着との間に実質的な相互汚染がない、装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置であって、前記装置は、前記導電体／誘電性膜の対の蒸着を、膜蒸着と膜蒸着の間に真空が破壊されることなく、前記同じツールの異なるモジュールで行うためのプログラム命令を含むコントローラをさらに備えている、装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載の装置であって、前記装置は、前記導電体／誘電性膜の対の蒸着を、膜蒸着と膜蒸着の間に真空が破壊されることなく、前記同じツールの同じモジュールの異なるステーションで行うためのプログラム命令を含むコントローラをさらに備えている、装置。
【請求項２４】
請求項２１に記載の装置であって、前記装置は、前記導電体／誘電性膜の対の蒸着を、膜蒸着と膜蒸着の間に真空が破壊されることなく、前記同じツールの同じモジュールの同じステーションで行うためのプログラム命令を含むコントローラをさらに備えている、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年５月１１日に出願された「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＤＩＲＥＣＴ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＡＮＤ  ＭＥＴＡＬ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」と題する米国仮出願第１５／５９３，１８７号に対する優先権を主張するものであり、同号は、２０１６年１０月１７日に出願された「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＡＮＤ  ＭＥＴＡＬ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」と題する米国仮特許出願第６２／４０９，２６９号に対する優先権を主張しており、各文献を参照してその全容をあらゆる目的のために本願に援用する。
【背景技術】
【０００２】
メモリ密度が増加し続けるにつれて、業界は３Ｄ構造に目を向けている。３Ｄ  ＮＡＮＤデバイスにおける誘電体と金属との交互層の積層内には、垂直に構成した記憶デバイスが構築されている。また、ＰＣＲＡＭ、ＲｅＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、などの新種のメモリがあり、これらにも同様の３Ｄ構造が用いられている。
【０００３】
現在、３Ｄ  ＮＡＮＤデバイスにおける誘電体と金属との交互層の積層は、まず恒久誘電体（例えばＳｉＯ2）と一時的／犠牲誘電体（例えばＳｉ3Ｎ4）とを交互に蒸着させることによって構築される。次に、チャネルホールをエッチングし、チャネルホール内でＮＡＮＤデバイスを形成した後、Ｓｉ3Ｎ4層を通常ウェットエッチングによって取り除いて金属層（例えば３Ｄ  ＮＡＮＤでの横のワード線に対するＴｉＮバリアとＷ充填）に置き換える。積層が高くなるにつれて（例えば第一世代の２４／３６の対から将来の９６／＞１００の対まで）、垂直方向の特徴（チャネルホール、スリット／溝、段など）はエッチングするのはさらに困難になり、側部の金属（３Ｄ  ＮＡＮＤのワード線）の層をＳｉ3Ｎ4の除去後に埋めるのはさらに困難になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、誘電体／導電体の積層を効率的かつ効果的に直接蒸着させる装置および方法に関し、この積層を本明細書ではＯＭＯＭ（酸化物／金属）積層とも称する。現在、酸化物の蒸着と金属／金属窒化物の蒸着とは一般に、酸化物および金属／金属窒化物を専用とする処理チャンバを有する別々のツールで実施される。酸化物と金属との交互層を単一のツールで、さらには単一の処理チャンバで効果的に連続蒸着すると、ＯＭＯＭ積層を多くの層と一緒に直接蒸着した場合に、ツール間またはチャンバ間でウエハを動かす無駄で余分な時間が短縮される、または最短になる。本明細書ではそのような装置および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の目的のため、このＯＭＯＭの意味で使用する「金属」は、より一般的には様々な実施形態で最大抵抗が５００マイクロオームｃｍの導電体を意味すると理解すべきである。また、このＯＭＯＭの意味で使用する「酸化物」は、より一般的には様々な実施形態で誘電体を意味すると理解すべきである。そのため、様々な実施形態では、ＯＭＯＭ積層内の導電体は、Ｔｉ、または導電性金属塩、特に導電性金属窒化物、例えば、ＴｉＮなどの金属であってよく、誘電体は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）などの酸化物であってよい。
【０００６】
様々な実施形態では、開示した装置および方法は、特にマルチペデスタル処理モジュール、マルチモジュールプラットフォームを用いて、ペデスタルまたはモジュールを連続方式またはバッチ方式で稼働させて、複数の膜を連続的に直接誘電体／導電体に蒸着させる他の方法に一般化できる。本開示は、直接の誘電体／金属の蒸着を同じ処理モジュールで実施するハードウェアの特徴に関するとともに、ペデスタルと処理モジュールとの間で、かつ単一の真空処理環境の中で、ウエハを移動させるウエハの取り扱いにかかる一般管理費を削減する方法にも関する。
【０００７】
パタニングした半導体基板上に膜積層を形成する方法の様々な実施形態を提供する。開示した方法は、導電性膜を蒸着し、誘電性膜を蒸着し、それによって導電性膜および誘電性膜の蒸着がパタニングした半導体基板上に導電体／誘電性膜の対を形成する結果になることを含む。その後、導電性膜および誘電性膜の蒸着を繰り返して、導電性膜と誘電性膜との交互層を少なくとも２０対含む膜積層を形成する。導電性膜および誘電性膜の蒸着は、膜蒸着と膜蒸着の間に真空が破壊することなく、同じ処理ツールまたは処理チャンバで行われ、導電性膜の蒸着と誘電性膜の蒸着との間に実質的な相互汚染はない。
【０００８】
いくつかの実施形態では、導電体（例えば金属および／または導電性金属窒化物）膜と誘電体（例えば酸化物）、例えばＴｉＮとＳｉＯ2の膜との対の蒸着は、蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じツールの異なるモジュールで行われる。いくつかの実施形態では、導電体／誘電性膜の対の蒸着は、蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じツールの同じモジュール内の異なるステーションで行われる。いくつかの他の実施形態では、導電体／誘電性膜の対の蒸着は、蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じツールの同じモジュール内の同じステーションで行われる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、少なくとも２０対の導電体／誘電性膜の対は、少なくとも１時間あたり５つのウエハという率で蒸着される。
【００１０】
別の態様では、本開示は、導電体および誘電性膜の層を含む膜積層をパタニングした半導体基板上に統合して形成する装置に関する。導電体および誘電性膜の蒸着は、同じ処理ツールまたは処理チャンバで行われ、膜蒸着と膜蒸着の間に真空が破壊されることがなく、導電性膜の蒸着と誘電性膜の蒸着との間に実質的な相互汚染はない。装置の構造により、少なくとも２０の導電体／誘電性膜の対の積層を少なくとも１時間あたり５つのウエハという率で蒸着することが可能になる。
【００１１】
本装置のいくつかの実施形態では、導電体と誘電体（例えば金属窒化物と酸化物、例えばＴｉＮとＳｉＯ2）の対の蒸着は、蒸着と蒸着の間で真空が破壊されることなく、同じツールの異なるモジュールで行われる。本装置のいくつかの実施形態では、導電体／誘電性膜の対の蒸着は、蒸着と蒸着の間で真空が破壊されることなく、同じツールの同じモジュールにある異なるステーションで行われる。本装置のいくつかの他の実施形態では、導電体／誘電性膜の対の蒸着は、蒸着と蒸着の間で真空が破壊されることなく、同じツールの同じモジュールにある同じステーションで行われる。
【００１２】
本開示のこれらの態様および他の態様を図面を参照して以下にさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＯＭＯＭの膜積層を含む代表的な３Ｄ  ＮＡＮＤデバイスの図である。
【００１４】
【図２】１つの実施形態による、複数のプラズマ活性膜蒸着相を用いてＯＭＯＭ（酸化物／金属）膜積層をｉｎ−ｓｉｔｕで蒸着する方法を説明しているフローチャートである。
【００１５】
【図３】第１の実施形態による、誘電体と金属の蒸着を同じツールの異なるモジュールで統合して実施している様子を描いた図である。
【００１６】
【図４】第２の実施形態による、誘電体と金属の蒸着を同じツールの同じモジュールの異なるペデスタルで統合して実施している様子を描いた図である。
【００１７】
【図５】第３の実施形態による、誘電体と金属の蒸着を同じツールの同じモジュールの同じペデスタルで統合して連続的に実施している様子を描いた図である。
【００１８】
【図６】本明細書に開示した実施形態による化学蒸着装置を示す概略図である。
【図７】本明細書に開示した実施形態による化学蒸着装置を示す概略図である。
【００１９】
【図８】例示的な実施形態によるガス系シーリングシステムを有する化学蒸着装置の断面図である。
【００２０】
【図９】例示的な実施形態によるガス系シーリングシステムを有する化学蒸着装置の蒸着チャンバの一部の断面図である。
【００２１】
【図１０】ガス系シーリングシステムを有する化学蒸着装置の蒸着チャンバの一部の断面図である。
【００２２】
【図１１】例示的な実施形態によるガス系シーリングシステムを有する化学蒸着装置の蒸着チャンバの一部の断面図である。
【００２３】
【図１２】例示的な実施形態によるガス系シーリングシステムを有する化学蒸着装置の蒸着チャンバの一部の断面図である。
【００２４】
【図１３】例示的な実施形態によるガス系シーリングシステムの概略図である。
【００２５】
【図１４】シャワーヘッドモジュールの破断図である。
【００２６】
【図１５】図１４のシャワーヘッドモジュールの別の破断図である。
【００２７】
【図１６】単一ステーション基板処理装置の概略断面図である。
【００２８】
【図１７】１対の処理ステーションの概略図である。
【００２９】
【図１８】カーテンガスを処理チャンバに放出するように構成されたシャワーヘッドを備えている一例の処理チャンバを示す図である。
【００３０】
【図１９】カーテンガスを処理チャンバに放出するように構成された第２の例の処理チャンバを示す図である。
【００３１】
【図２０】カーテンガスを処理チャンバに放出するように構成されたペデスタルを備えている第３の例の処理チャンバを示す図である。
【００３２】
【図２１】基板処理システムの一例を示す図である。
【００３３】
【図２２】図２１のカラーの一例を示す図である。
【００３４】
【図２３】図２１のカラーの流体コネクタの一例を示す図である。
【００３５】
【図２４Ａ】図２１のプレートの一例を示す図である。
【図２４Ｂ】図２１のプレートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下の説明では、提示する実施形態を完全に理解してもらうために多くの具体的な詳細を記載している。開示した実施形態は、これらの具体的な詳細の一部またはすべてがなくとも実施されてよい。また、開示した実施形態を無駄に不明瞭にしないように、公知の処理作業は詳細には説明していない。開示した実施形態は、具体的な実施形態と併せて説明されているが、これは開示した実施形態を限定することを意図するものではないことは理解されるであろう。
【００３７】
説明
単一のツールで、さらには単一の処理チャンバで、誘電体と金属との交互層を連続して効果的に蒸着させることで、誘電体／金属の積層を多くの層と一緒に直接蒸着させる場合でも質を妥協することなく処理高が高まる。本開示のために、この意味で使用する「金属」とは、金属および導電性金属塩、特に導電性金属窒化物、例えばＴｉＮを含む最大抵抗率が５００マイクロオームｃｍの導体を意味することを理解すべきである。本明細書ではこのような装置および方法を提供する。
【００３８】
典型的な現在の３Ｄ  ＮＡＮＤ製造では、２４〜６４対のＳｉＯ2／Ｓｉ3Ｎ4層の積層を含む「成形積層」は通常、ＰＥＣＶＤ誘電体蒸着ツールで蒸着される。ＳｉＯ2層とＳｉ3Ｎ4層とは、それぞれのステーション（ペデスタルともいう）で連続して蒸着され、積層全体、または積層の大部分が蒸着されるまでウエハを動かすことはない。次に、高アスペクト比エッチングによって成形積層内の酸化物層および窒化物層を貫通して垂直方向のチャネルをエッチングし、接触点を形成するために金属で充填する。次に、厚いフォトレジスト層を当ててパタニングし、酸化物／窒化物の対の１セットをエッチングし、その後、フォトレジストパターンが収縮し、次の酸化物／窒化物層の対をエッチングする。この一連の流れを繰り返してアレイの縁に階段構造を生み出す。厚い酸化物層を蒸着して平坦化した後、ワード線のスロットマスクを適用し、酸化物／窒化物層の全対を貫通してスロットをエッチングする。次に、ワード線のスロットを通して窒化物層をエッチングする。次に、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、タングステンおよび窒化タンタルのゲート積層を蒸着してエッチバックを行い、最後にスロットを酸化物およびタングステンで充填する。金属の蒸着は、ＬａｍのＡＬＴＵＳ  Ｍａｘなどの別の金属充填ツールで行う。このようにして形成された典型的な３Ｄ  ＮＡＮＤデバイス１を図１に描いており、積層２、チャネル３と接触金属充填物４、階段エッチングで形成された階段５、スリット６とワード線金属充填物７、および上部のビット線８を示している。単一のメモリセル９を拡大して示している。
【００３９】
この手法は、現在の積層の厚みがそれぞれ約２５ｎｍ〜３０ｎｍである場合の層には有効だが、それよりも小さい厚み、例えば約それぞれが１０ｎｍ〜１５ｎｍの場合には困難になる。層を薄くする必要性は、積層全体の厚みを制御する必要があることによって生じる（例えばリソグラフィのために全体の平坦性を維持するため、蓄積された応力によって生じた全体的なウエハのゆがみを最小にするため、エッチング要件を簡易にするためなど）。したがって、この「ＯＮＯＮ」（酸化物／窒化物）の蒸着の後に「Ｎ」を金属または他の金属含有導電性材料に置き換えると、最終的には実用的でなくなる可能性がある。
【００４０】
誘電体／金属の積層を直接蒸着させる最新の利用可能な方法によれば、ウエハは、誘電体特有の蒸着ツールと金属特有の蒸着ツールとの間を動く必要があり、これは通常、半導体製造工場とは別の所にある。したがって、ｎ対の積層の場合、ウエハはツールの間を２ｎ回移動する必要がある。これはきわめて時間がかかり、膨大な量のＷＩＰ（仕掛品）ウエハの在庫ができ、許容できない額のコストが加わる。
【００４１】
誘電体／金属の交互層を真空を破壊させることなく積層に直接蒸着させるために、対象が複数ある（一方は誘電体に、もう一方は金属に）ＰＶＤ（蒸着型またはスパッタ型のいずれか）を用いることができる。ただし、これらのツールは、層数の多い３Ｄメモリデバイスで使用するには十分均一ではない膜を蒸着させる傾向があり、ＰＶＤ法を用いた誘電体の質は、本質的な損傷、欠陥および／またはトラップが原因で貧弱な質になる傾向がある。
【００４２】
本開示は、きわめて滑らかで高品質の誘電体と厚みの均一性が優れている金属／導電性金属含有層の両方を同じツール上に、さらには同じ処理モジュールである統合型誘電体金属直接蒸着で効率的に蒸着させる装置および処理を記載している。
【００４３】
統合型ＯＭＯＭ膜積層蒸着処理
パタニングした半導体基板上に膜積層を形成する方法の様々な実施形態を提供する。図２は、導電性膜と誘電性膜を蒸着することで、パタニングした半導体基板上に導電性膜／誘電性膜の対を形成する（２１）ように、導電性膜の蒸着（２０）および誘電性膜の蒸着を含む開示した方法の処理の流れを示している。次に、導電性膜および誘電性膜の蒸着を繰り返して、導電性膜と誘電性膜との交互層を少なくとも２０対含む膜積層を形成する（２２）。導電性膜および誘電性膜の蒸着は、膜蒸着と膜蒸着との間に真空が破壊されることなく、同じ処理ツールまたは処理チャンバで行われることによって統合され（２３）、導電性膜の蒸着と誘電性膜の蒸着との間に実質的な相互汚染はない（２４）。
【００４４】
この統合型蒸着により処理高が高まる。様々な実施形態、特に導電体と誘電体の蒸着が同じモジュールで行われる実施形態では、導電性膜と誘電性膜との対は、少なくとも１時間あたり５つのウエハという率で積層に蒸着される（必ずしもすべての実施形態ではなく一部の実施形態の特徴として２５に破線で示している）。
【００４５】
１つの態様では、本開示は、パタニングした半導体基板上に、窒化チタン（ＴｉＮ；金属）膜と酸化シリコン（ＳｉＯ2；酸化物）膜との交互層の対を含む膜積層を形成する方法に関する。本方法は、ＴｉＮ前駆体の反応から形成されるＴｉＮ膜を蒸着することと、シリコンおよび酸化体を含む１つ以上の前駆体の反応から形成される酸化シリコン膜を蒸着することと、ＴｉＮ膜およびＳｉＯ2膜の蒸着を繰り返して、ＴｉＮ膜とＳｉＯ2膜との交互層を少なくとも２０対含む膜積層を形成することとを含む。ＴｉＮ膜とＳｉＯ2膜との対の蒸着は、同じ処理ツールまたは処理チャンバで行われ、膜蒸着と膜蒸着の間に真空が破壊されることがなく、ＴｉＮ膜の蒸着とＳｉＯ2膜の蒸着との間に実質的な相互汚染はない。
【００４６】
いくつかの実施形態では、導電体（例えば金属および／または導電性金属窒化物）膜と誘電体（例えばシリコン酸化物）膜との対の蒸着は、蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じツールの異なるモジュールで行われる。いくつかの実施形態では、金属および／または導電性金属窒化物膜と酸化シリコン膜との対の蒸着は、蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じツールの同じモジュール内の異なるステーションで行われる。いくつかの他の実施形態では、金属および／または導電性金属窒化物膜と酸化シリコン膜との対の蒸着は、蒸着と蒸着の間に真空が破壊されることなく、同じツールの同じモジュール内の同じステーションで行われる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、金属および／または導電性金属窒化物膜と酸化シリコン膜との対のうち少なくとも２０対は、少なくとも１時間あたり５つのウエハという率で蒸着される。他の実施形態では、金属および／または導電性金属窒化物膜と酸化シリコン膜との対の少なくとも４０対、または少なくとも５０対、６０対、７０対、８０対、９０対もしくは１００対が蒸着される。
【００４８】
様々な実施形態では、酸化シリコン前駆体は、シランまたはＴＥＯＳ、またはＳｉＯ2蒸着処理に通常使用される他のＳｉ系前駆体であってよい。適切なＳｉＯ2前駆体の例として、Ｈ、ハロゲン化物、アルコキシド、アルキルおよびアミド配位子を含むＳｉ系前駆体があり、例えばＳｉＨ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2、Ｓｉ（ＯＥＴ）4、Ｓｉ（ＮＭｅ2）4、ＳｉＸnＨy（Ｘはハロゲン化物、ｎ＝０〜４およびｙ＝４〜ｎ）、Ｓｉ（ＯＲ）4（Ｒはメチル、エチルなどのアルキル基）、およびＳｉＨx（ＮＲ2）y、（Ｒはアルキル、ｘ＝１〜３、ｙ＝４〜ｘ）などである。適切な酸化剤の例として、Ｏ2、Ｎ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3およびＣＯがある。
【００４９】
様々な実施形態では、１つ以上の金属および／または金属窒化物の前駆体は、そのような薄膜の熱ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤまたはＡＬＤに使用される金属および／または金属窒化物の前駆体であってよく、例えば金属ハロゲン化物、金属アミド、ならびにチタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、コバルト、および窒化コバルトなどの金属／導電体に対する有機金属であってよい。具体例として、ＴｉＣｌ4を用いたＰＥＣＶＤまたはＴｉＣｌ4、およびＮＨ3またはＨ2／Ｎ2を用いたＡＬＤがある。
【００５０】
いくつかの実施形態では、金属および／または金属窒化物の蒸着と酸化物の蒸着の間に、処理チャンバに不活性ガス種を導入する。
【００５１】
同じツール／異なるモジュールの統合
図３を参照すると、第１の実施形態では、統合した誘電体の蒸着と金属の蒸着は、同じツール３０の異なるモジュール３１、３２、３３、３４で実施されてよい。例えば、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社のＳｔｒａｔａ  ＰＥＣＶＤおよび／またはＳｔｒｉｋｅｒ  ＡＬＤの誘電体蒸着モジュールは、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社のＡＬＴＵＳ金属蒸着モジュールと同じツールのプラットフォームに統合されてよい。このように、層と層の間には空気の遮断がなく、各モジュールはそれぞれの膜の種類に対して最適になっている（反応器の種類、圧力、温度など）。その結果、同じ処理モジュールに金属および誘電体の処理ガス、膜および副産物があっても技術的性能は損なわれず、相互汚染（モジュール間のゲートバルブ）がなく、優れた膜の特性が得られる。
【００５２】
図３を参照すると、適切なツール３０は、少なくとも１対の誘電体と金属との蒸着モジュールで構成されていてよく、この実施形態では、２つの誘電体蒸着モジュール３１、３３、例えばカリフォルニア州Ｆｒｅｍｏｎｔ所在のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社が販売するＶＥＣＴＯＲ  Ｓｔｒａｔａ  ＰＥＣＶＤまたはＳｔｒｉｋｅｒ  ＡＬＤ誘電体蒸着モジュール、および２つの金属蒸着モジュール３２、３４、例えばＬａｍ  ＲｅｓｅａｒｃｈのＡＬＴＵＳ金属蒸着モジュールである。適切なツール３０の構成は、Ｌａｍ  Ｍａｃｈ  ＩＱプラットフォーム３５上に４つのＱＳＭ（４ステーションモジュール）３１、３２、３３、３４を含んでいる。
【００５３】
プラットフォーム３５は、ロードロック３６を備え、ロボット３７は、１つ以上のポッド３８の中に積載されたカセットから大気口を介してロードロック３６の中にウエハを移動させるように構成される。ウエハは、例えば水分および吸収されたガスを除去するため、あるいはその他の事前処理の理由で、ロードロック３６に入ったときに加熱されるかプラズマに暴露されてよい。その後、別のロボット（例えば３９）がウエハを処理用の蒸着モジュールの中に設置できる。
【００５４】
図３の矢印４０および４１で示したように、誘電体蒸着モジュールと金属蒸着モジュールとの間を行き来するようにウエハを搬送し、真空を破壊させることなく、誘電体と金属とを交互に蒸着して積層を形成できる。このほか、モジュールの割合が異なるようにすることで、同じではない誘電体処理回数と金属処理回数に対処できる（例えば誘電体の蒸着回数が金属の蒸着回数の２倍であれば、誘電体モジュールが金属モジュールの２倍になるようにツールを構成できる）。
【００５５】
ウエハ搬送時間にかかると見込まれる膨大な一般管理費は、何回分か荷の上げ降ろしができるように多くの羽根が付いた搬送ロボット３９を使用し、バッファステーション４２、例えば誘電体の蒸着と金属の蒸着との間で様々な温度で加熱／冷却するステーションを使用することで相殺され得る。
【００５６】
統合したＩｎ−Ｓｉｔｕでの連続―同じツール／同じモジュール／異なるペデスタルの
図４を参照すると、第２の実施形態では、統合した誘電体蒸着と金属蒸着を、同じツール５０の同じモジュール５１にある異なるペデスタル６２で実施してよい。適切なツール５０は、誘電体と金属との蒸着モジュールが少なくとも１つあるこの実施形態に従って統合したｉｎ−ｓｉｔｕでの連続処理向けに構成されてよく、この実施形態ではＬａｍ  Ｍａｃｈ  ＩＱプラットフォーム５５に４つのＱＳＭ（４ステーションモジュール）５１、５２、５３、５４がある。プラットフォーム５５は、ロードロック５６を備え、ロボット５７は、１つ以上のポッド５８の中に積載されたカセットから大気口を介してロードロック５６の中にウエハを移動させるように構成される。ウエハは、例えば水分および吸収されたガスを除去するため、あるいはその他の事前処理の理由で、ロードロック５６に入ったときに加熱されるかプラズマに暴露されてよい。その後、別のロボット（例えば５９）がウエハを処理用の蒸着モジュールの中に設置できる。
【００５７】
例えば、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｔｒａｔａ  ＰＥＣＶＤおよび／またはＳｔｒｉｋｅｒ  ＡＬＤの誘電体蒸着モジュールのステーションの設計は、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＡＬＴＵＳの金属蒸着モジュールのステーションの設計と同じモジュールに統合されてよい。あるいは、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｔｒａｔａ  ＰＥＣＶＤおよび／またはＳｔｒｉｋｅｒ  ＡＬＤの誘電体蒸着モジュールのステーションの設計は、誘電体および金属の蒸着が、同じモジュール内の異なるステーションで効率よく行われ得るように適応されてよい。例えば、ステーション／ペデスタル６２ａは、誘電体の蒸着ステーションであってよく、ステーション６２ｂは、金属蒸着のステーションであってよく、ウエハは、モジュール５１内のステーションどうしの間を矢印６０で示したように回転する。このように、層どうしの間には空気の遮断もなく、ペデスタルからペデスタルへのウエハの間欠送りは、中央の操作ロボット５９によって処理モジュールどうしの間でウエハを搬送するよりも速い。その結果、実質的に技術性能を犠牲にすることなく効率（処理高）が高まり、相互汚染は制御されるか最小になり、優れた膜特性が得られる。
【００５８】
このほか、各ステーション／ペデスタルを、それぞれの蒸着の種類に対して構成したり最適化したりでき、ペデスタルを互いに引き離して、誘電体蒸着処理と金属蒸着処理との間の相互汚染／漏話を、例えばガスカーテンまたはガスシールなどのその他のステーション特有のバリアを用いて低減させるかまたは最小にでき、このようなことが例えば米国特許出願公開第２０１５／０００４７９８号および米国特許出願公開第２０１７／０１０１７１０号に記載されており、この観点でこの両開示を参照することにより本願に援用する。範囲内で、各ペデスタルでの処理は、異なる温度および圧力で行うことができる。また、各ステーションのペデスタル、シャワーヘッド、壁などの温度は、各処理に最適なように別々に設定でき、同じサイクルにする必要はない。各ステーションへのガス供給は、別々のまま維持できる。絞り弁を複数追加し、誘電体（例えば酸化物）のステーションに１つ、金属（例えばＴｉＮ）のステーションに１つ追加することで、圧力を別々に維持できる。各ステーションに対する排気は、共有せずに局所的なものにでき、それによって排気は、ガスが相互に混合／汚染することなく別々の状態でいられる。
【００５９】
ガスシールバリアの例
一般には主に２種類の蒸着シャワーヘッドがある。シャンデリア型と埋め込み型である。シャンデリアシャワーヘッドは、チャンバの一方の端部である上部に軸が装着され、もう一方の端部には表板が装着され、シャンデリアに似ている。軸の一部は、ガスラインとＲＦ電力とを接続できるようにチャンバの上部から突出していてよい。埋め込み型のシャワーヘッドは、チャンバの上部に組み込まれており、軸がない。本実施形態は、埋め込み型シャワーヘッドに関し、埋め込み型シャワーヘッドは、チャンバの容積を縮小し、チャンバは、処理中に真空源によって排気されなければならない。
【００６０】
図６および図７は、本明細書で開示した実施形態による化学蒸着装置１００を示す概略図である。図６および図７に示したように、化学装置は、化学的に隔離するチャンバまたはハウジング１１０、蒸着チャンバ１２０、シャワーヘッドモジュール１３０、および移動式ペデスタルモジュール１４０を備え、ペデスタルモジュールは、シャワーヘッドモジュール１３０に対して垂直方向に昇降させてペデスタルモジュール１４０の上面にある基板（またはウエハ）１９０の位置を昇降させることができる。シャワーヘッドモジュール１３０も垂直方向に昇降させることができる。反応性材料ガス（または処理ガス）１９２は、シャワーヘッドモジュール１３０の中央充気室２０２を通るガスライン１１２を介してサブチャンバ（またはウエハキャビティ）１５０に導入される。各々のガスライン１１２は、対応するアキュムレータ（図示せず）を有していてよく、アキュムレータは、隔離バルブ（図示せず）を用いて装置１００から隔離され得る。例示的な実施形態によれば、装置１００は、使用する反応ガスの数に応じて、隔離バルブおよびアキュムレータのあるガスライン１１２を１つ以上有するように変更できる。また、反応ガス供給ライン１１２は、複数の化学蒸着装置またはマルチステーションシステムどうしで共有され得る。
【００６１】
例示的な実施形態によれば、チャンバ１２０は、真空源（図示せず）に接続している１つ以上の真空ライン１６０を通って排気され得る。例えば、真空源は、真空ポンプ（図示せず）であってよい。マルチステーション反応器では、例えば、同じ蒸着処理を実行する複数のステーションまたは装置１００を有するものは、別のステーションからの真空ライン１６０が真空ライン１６０との共通のフォアラインを共有してよい。また、装置１００は、ステーションまたは装置１００ごとに真空ライン１６０を１つ以上有するように変更できる。
【００６２】
例示的な実施形態によれば、複数の排気管１７０を、シャワーヘッドモジュール１３０の表板１３６内で１つ以上の排気口１７４と流体連通するように構成できる。排気口１７４は、蒸着処理と蒸着処理の間でウエハキャビティ１５０から処理ガスまたは反応性化学物質１９２を除去するように構成され得る。複数ある排気管１７０も１つ以上の真空ライン１６０と流体連通している。排気管１７０は、基板１９０の周囲に円周に沿って間隔をあけて配置でき、均等な間隔をあけて配置されてよい。いくつかの例では、複数の導管１７０の間隔は、真空ライン１６０の位置を埋め合わせるように設計されてよい。一般に真空ライン１６０は複数の導管１７０よりも少ないため、真空ライン１６０に最も近い導管１７０を通る流れは、離れている導管よりも速い。滑らかな流れのパターンを実現するため、導管１７０は、真空ライン１６０から離れていれば、互いに接近した間隔で配置されてよい。
【００６３】
本明細書に開示した実施形態は、プラズマ励起化学蒸着装置（例えばＰＥＣＶＤ装置、ＰＥＡＬＤ装置、またはＰＥＰＤＬ装置）で実施されることが好ましい。このような装置は、様々な形態であってよく、装置は、１つ以上のチャンバまたは「反応器」１１０を備えることができ、前述したように１つ以上の基板１９０を収容して基板処理に適している複数のステーションまたは蒸着チャンバ１２０を備えることができる。各チャンバ１２０は、処理するための１つ以上の基板を収容してよい。１つ以上のチャンバ１２０は、基板１９０を１つまたは複数の規定位置に維持する（その位置で、例えば回転、振動、またはその他の動揺などの動きがあってもなくてもよい）。１つの実施形態では、蒸着およびと処理を受ける基板１９０を処理中に、１つのステーション（例えば蒸着チャンバ１２０）から装置１００内の別のステーションに搬送できる。処理している間、各基板１９０は、ペデスタル、ウエハチャックおよび／またはその他のペデスタルモジュール１４０のウエハ保持装置によってしかるべき場所に保持される。基板１９０を加熱しなければならない特定の操作では、ペデスタルモジュール１４０は、加熱プレートなどの加熱器を備えていてよい。
【００６４】
図８は、例示的な実施形態によるガス系シーリングシステム２００を有する化学蒸着装置１００の断面図である。図８に示したように、化学蒸着装置１００は、基板ペデスタルモジュール１４０を備え、ペデスタルモジュールは、ペデスタルモジュール１４０の上面１４２から半導体基板（またはウエハ）１９０を受け取り、かつ／または降ろすように構成される。低位置では、基板１９０がペデスタルモジュール１４０の上面１４２に置かれ、その後、ペデスタルモジュールは、シャワーヘッドモジュール１３０に向かって垂直方向に上向きに上昇する。例示的な実施形態によれば、ペデスタルモジュール１４０の上面１４２とウエハキャビティ１５０を形成しているシャワーヘッドモジュール１３０の下面１３２との間の距離は、約０．２インチ（５ミリメートル）〜約０．６インチ（１５ミリメートル）であってよい。ペデスタルモジュール１４０が上向きに垂直に動いてウエハキャビティ１５０に近づくことで、ペデスタルモジュール１４０とシャワーヘッドモジュール１３０の表板１３６の外側部分１３１の周囲にある段１３５との間に細い間隙２４０ができる。
【００６５】
例示的な実施形態によれば、ガス系のシーリングシステム２００は、処理材料またはパージガスが流れている間にウエハキャビティ１５０から出る流れの制御および調節を補助するように構成できる。例示的な実施形態によれば、ウエハキャビティ１５０の排気またはパージには不活性ガスまたはパージガス（図示せず）を使用し、このガスは、シャワーヘッドモジュール１３０を通ってウエハキャビティ１５０の中に供給される。例示的な実施形態によれば、１つ以上の導管１７０は、環状排気路１７６を介して真空ライン１６０に接続でき、環状排気路は、ペデスタルモジュール１４０の下の領域から不活性シールガス１８２除去するように構成される。
【００６６】
例示的な実施形態によれば、シャワーヘッドモジュール１３０は、反応性化学物質をウエハキャビティ（または反応チャンバ）１５０に運搬するように構成される。シャワーヘッドモジュール１３０は、複数の入口または貫通孔１３８を有する表板１３６と裏板１３９とを備えることができる。例示的な実施形態によれば、表板１３６は、複数の入口または貫通孔１３８と段１３５とを有する単一の板であってよく、段は、表板１３６の外周１３７に沿って広がっている。あるいは段１３５は、別個のリング１３３であってもよく、このリングは、表板１３６の外側部分１３１の下面に固定される。例えば、段１３５は、ねじ１４３で表板１３６の外側部分１３１に固定され得る。
【００６７】
例示的な実施形態によれば、ウエハキャビティ１５０は、シャワーヘッドモジュール１３０の表板１３６の下面１３２および基板ペデスタルモジュール１４０の上面１４２の下に形成される。シャワーヘッドモジュール１３０の表板１３６内にある複数の同心の排気管または排気口１７４は、複数の導管１７０の１つ以上に流体接続され、蒸着処理と蒸着処理の間にウエハキャビティ１５０から処理ガスまたは反応性化学物質１９２を除去できる。
【００６８】
図８に示したように、装置１００は、不活性ガスまたはシールガス１８２の供給源１８０も備えており、ガスは、１つ以上の導管１８４を通ってガス系シーリングシステム２００の外側充気室２０４に供給される。例示的な実施形態によれば、不活性ガスまたはシールガス１８２は、窒素ガスまたはアルゴンガスであってよい。例示的な実施形態によれば、不活性ガス供給源１８０は、１つ以上の導管１８４を介して不活性シールガス１８２を供給して細い間隙２４０を通って径方向内側に流れるように構成され、細い間隙は、ウエハキャビティ１５０から外側に向かって延在し、表板１３６の外周１３７の周りの段１３５の下面１３４とペデスタルモジュール１４０の上面１４２との間に形成される。例示的な実施形態によれば、不活性シールガス１８２は、細い間隙２４０内のウエハキャビティ１５０から来る処理ガスまたは反応性化学物質１９２と連通して、処理中にガスシールを形成する。図９および図１０に示したように、不活性シールガス１８２は、細い間隙２４０の一部のみに入り、細い間隙は、この細い間隙内にある反応性化学物質１９２と不活性ガス１８２との間でガスシールを形成する。あるいは、図１１および図１２に示したように、不活性ガス１８２の流れは、ウエハキャビティ１５０の外縁に向かうことができ、ウエハキャビティ１５０からシャワーヘッドモジュール１３０内の１つ以上の排気口１７４を通って除去され得る。
【００６９】
例示的な実施形態によれば、環状排気路１７６は、複数の排気管１７０の１つ以上と流体接続している。例示的な実施形態によれば、環状排気路１７６は、１つ以上の出口（図示せず）を有し、基板１９０の周囲を囲む領域から来る不活性ガス１８２と、細い間隙２４０を通って径方向内側に移動するまたは流れる不活性ガス１８２とを除去するように構成される。排気路１７６は、基板ペデスタル１４０の外側部分１４４の中に形成される。環状排気路１７６は、基板ペデスタル１４０の下から来る不活性ガス１８２を除去するようにも構成され得る。１７６と同様の複数の導管を有するさらに別の実施形態は、より多くの不活性ガス１８２を引き出し、不活性ガスを排気路１７８の中およびペデスタルモジュール１４０の下の部分に高速で流せるよう促進できるものである。排気路１７８は、シールガスに対する高圧降下を生み出し、シールガスがウエハキャビティ１５０の中で拡散するのが少なくなるようにも促進できるものである。
【００７０】
図９は、例示的な実施形態によるガス系シーリングシステム２００を有する化学蒸着装置１００の蒸着チャンバ１２０の一部の断面図である。図９に示したように、外側充気室２０４は、表板１３６の外側部分１３１に形成され得る。外側充気室２０４は、１つ以上の導管２２０を備えることができ、導管は、不活性ガス供給源１８０から来る不活性ガス１８２を受け入れるように構成される。不活性ガス１８２は、外側充気室２０４を通って１つ以上の導管２２０を介して下方出口２２８に流れる。下方出口２２８は、細い間隙２４０と流体連通している。例示的な実施形態によれば、ウエハキャビティ１５０の外縁１５２から外側充気室２０４と連通している表板１３６の外周１４１までの距離は、有限に制御された距離である。例えば、キャビティ１５０の外縁１５２から外側充気室２０４と連通している表板１３６の外縁１４１までの距離（または幅）は、約５．０ｍｍ〜２５．０ｍｍであってよい。
【００７１】
例示的な実施形態によれば、外側充気室２０４は、外側環状凹部２２２であってよい。外側環状凹部２２２は、ウエハキャビティ１５０の外縁で１つ以上の導管２２０を介して細い間隙２４０と流体連通しているように構成される。外側環状凹部２２２は、上側環状凹部２２４および下側環状凹部２２６を有するように構成されることができ、上側環状凹部２２４の幅は下側環状凹部２２６よりも大きい。例示的な実施形態によれば、下方出口２２８は、下側環状凹部２２６の下側部分にある環状出口であり、下側環状凹部は、細い間隙２４０と流体連通している。
【００７２】
例示的な実施形態によれば、図９に示したように、不活性ガス１８２は、有限に制御される距離を置いた所にあるウエハキャビティ１５０の外縁で、外側充気室２０４を通って供給される。外側充気室２０４を流れる不活性ガス１８２の流量は、ペクレ数が約１．０よりも大きく、それによって図９に示したように、ウエハキャビティ１５０内に反応性ガス化学物質１９２を含有するような流量であってよい。例えば、ペクレ数が１．０よりも大きければ、不活性ガス１８２および反応性ガス化学物質１９２は、細い間隙２４０の内側部分２４２の内部で均衡を保つことができる。その結果、反応性ガス化学物質１９２は、基板ペデスタルモジュール１４０の下に流れてウエハキャビティ１５０の外側の蒸着チャンバ１２０の部分が汚染するのを免れることができる。
【００７３】
例示的な実施形態によれば、処理が一定圧力での処理であれば、不活性ガス１８２の単一の（または一定の）流れと、ペデスタルモジュール１４０の下からの圧力とを合わせれば、ウエハキャビティ１５０内の反応性ガス化学物質１９２と、細い間隙２４０を通って径方向内側へ流れる不活性ガス１８０との間で不活性ガスシールを実現するのに十分となり得る。例えば、例示的な実施形態によれば、ガス系シーリングシステム２００は、ＳｉのＡＬＤ酸化物と一緒に使用でき、全体的に比較的一定の圧力モードで運転できる。このほか、ガス系シーリングシステム２００は、蒸着チャンバ１２０内およびウエハキャビティ１５０内の様々な処理および圧力方式に対して、例えばＡＬＤ窒化物の処理過程で不活性ガス１８２の流量またはペデスタルモジュール１４０の下の圧力および／またはこの両方を合わせたものを変化させることによって、ガスシーリングを制御する手段として作用できる。
【００７４】
例示的な実施形態によれば、個別に開示した、または排気管１７４、１７６に関連する圧力と併せて開示したシーリングガスシステム２００は、処理中にウエハキャビティ１５０から反応性化学物質１９２が流れ、かつ／または拡散するのを防止するのを補助できる。また、個別に、または排気管１７４、１７６および排気管１７４、１７６と関連する圧力と併せて、システム２００は、不活性ガス１８２がウエハキャビティ１５０に大量に流れて基板１９０の上に溢れるのを防止することもできる。ウエハキャビティ１５０を隔離するための細い間隙２４０に流れる不活性ガス１８２の流量は、排気口１７４によって生じる圧力に基づいて調整できる。例示的な実施形態によれば、例えば、不活性ガスまたはシールガス１８２は、約１００ｃｃ／分から１分あたり約５．０標準リットル（ｓｌｍ）の割合で外側充気室２０４に供給でき、このガスは、ウエハキャビティ１５０を隔離するために使用できる。
【００７５】
例示的な実施形態によれば、１つ以上の排気キャビティ２５０は、１４０の外側部分に位置していてよく、ペデスタルモジュールは、ウエハキャビティ１５０を取り囲んでいる。１つ以上の排気キャビティ２５０は、細い間隙２４０および下方出口２２８と流体連通することができ、これによってウエハキャビティ１５０から不活性またはガス供給部１８０まで圧力降下を加えることができる。１つ以上の排気キャビティ２５０（または環状チャネル）は、例えばＡＬＤ窒化物の処理過程で、様々な処理および圧力方式に対してガスシーリングを可能にする制御機構の追加も実現できる。例示的な実施形態によれば、１つ以上の排気キャビティ２５０は、蒸着チャンバ１２０の周囲に等間隔をあけて配置され得る。例示的な実施形態では、１つ以上の排気キャビティ２５０は、環状チャネルであってよく、環状チャネルは、同心で、下方出口２２８よりも幅が広い。
【００７６】
図１０は、ガス系シーリングシステム２００を有する化学蒸着装置１００の蒸着チャンバ１２０の一部の断面図である。図１０に示したように、反応性化学物質１９２の流量が不活性ガス１８２の流量よりも大きいかほぼ等しければ、反応性化学物質１９２の流れは、ウエハキャビティ１５０の外側に広がるおそれがあり、これは望ましくないことがある。
【００７７】
図１０に示したように、環状排気路１７６が、表板１３６にある主要な排気路１７４に加えて二次的な排気路を提供する。環状排気路１７６は、基板ペデスタル１４０の下から、および基板１９０の周囲を囲む領域から不活性ガス１８２を除去するように構成される。例示的な実施形態によれば、環状排気路１７６は、１つ以上の出口（図示せず）を有し、基板１９０の周囲を囲む領域から不活性ガス１８２を除去するように構成され、不活性ガス１８２は、細い間隙２４０を通って径方向内側に流れるか拡散している。
【００７８】
図１１は、例示的な実施形態によるガス系シーリングシステム２００を有する化学蒸着装置１００の蒸着チャンバ１２０の一部の断面図である。キャビティ１５０の外側から来る不活性ガス１８２の流れは、反応性化学物質１９２の流量を低減させ、かつ／または不活性ガス１８２の流量を増大させることによって生じ得る。例示的な実施形態によれば、外側充気室２０４から来る不活性ガス１８２は、ウエハキャビティ１５０に流れ込み、シャワーヘッドモジュール１３０内の１つ以上の排気口１７４を通って除去され得る。
【００７９】
図１２は、例示的な実施形態によるガス系シーリングシステム３００を有する化学蒸着装置１００の蒸着チャンバ１２０の一部の断面図である。例示的な実施形態によれば、シャワーヘッドモジュール１３０の中央充気室２０２は、反応性化学物質１９２をウエハキャビティ１５０に運搬する複数の入口または貫通孔１３８を有する。ウエハキャビティ１５０は、ウエハキャビティ１５０から反応性化学物質１９２および不活性ガス１８２を除去する同心の導管または排気口１７４も有する。同心の導管または排気口１７４は、裏板１３９と上板３１０との間の中間充気室２０８と流体連通していてよい。中間充気室２０８は、複数の排気管１７０の１つ以上と流体連通している。
【００８０】
シャワーヘッドモジュール１３０は、垂直方向のガス路３７０も有することができ、ガス路は、表板１３６の外周１３７の周りに不活性ガス１８２を運搬するように構成される。例示的な実施形態によれば、外側充気室２０６を、表板１３６の外周１３７と絶縁リング２１４の内側の周囲または縁２１２との間に形成できる。
【００８１】
図１２に示したように、システム３００は、上板３１０内の内側チャネル３６０の中、および裏板１３９の外側部分３２０の中に形成された垂直方向のガス路３７０を有する。垂直方向のガス路３７０は、１つ以上の導管３１２、３２２を備え、導管は、不活性ガス供給源または供給部１８０から来る不活性ガス１８２を受け入れるよう構成される。例示的な実施形態によれば、不活性ガス１８２は、上板３１０および裏板１３９の外側部分３２０を通り、１つ以上の導管３１２、３２２を介して１つ以上の凹部および／またはチャネル３３０、３４０、３５０からウエハキャビティ１５０の外縁まで流れる。
【００８２】
例示的な実施形態によれば、１つ以上の導管３１２は、上側環状凹部３１４および下外側環状凹部３１６を有することができる。例示的な実施形態によれば、上側凹部３１４の幅は、下側凹部３１６よりも大きい。また、１つ以上の導管３２２は、上板３１０の中および裏板１３９の外側部分３２０の中にあってよい。１つ以上の導管３２２は、上板３１０にある出口３１８と流体連通している入口３２６と、細い間隙２４０と流体連通している出口３２８とを有する環状凹部を形成できる。例示的な実施形態によれば、外側部分３２０の中にある出口３２８は、１つ以上の凹部および／またはチャネル３３０、３４０、３５０と流体連通していてよく、チャネルは、シャワーヘッドモジュール１３０の表板１３６の外周の周りにある不活性ガス１８２の流れを細い間隙２４０の外縁２４３へ誘導する。
【００８３】
例示的な実施形態によれば、不活性ガス１８２は、垂直方向のガス路３７０を通って外側充気室２０６に供給され、少なくとも部分的に細い間隙２４０を通ってウエハキャビティ１５０に向かって径方向内側に供給される。凹部および／またはチャネル３３０、３４０、３５０を流れる不活性ガス１８２の流量は、ペクレ数が約１．０よりも大きく、それによって、ウエハキャビティ１５０内に反応ガス化学物質１９２を含有するような流量であってよい。例示的な実施形態によれば、ペクレ数が１．０よりも大きければ、不活性ガス１８２および反応ガス化学物質１９２は、細い間隙２４０の内側部分２４２の内部で均衡を保ち、これによって反応ガス化学物質１９２が基板ペデスタルモジュール１４０の下に流れてウエハキャビティ１５０の外側の蒸着チャンバ１２０の部分が汚染するのを防止する。例示的な実施形態によれば、反応ガス化学物質１９２の流れをウエハキャビティ１５０に含めることによって、システム２００は、処理ガス１９２の使用を減らすことができる。また、システム２００は、処理過程でウエハキャビティ１５０に処理ガス１９２を充填する時間も減らすことができる。
【００８４】
図１３は、例示的な実施形態によるガス系シーリングシステム４００の概略図である。図１３に示したように、システム４００は、不活性またはシールガスの供給源１８０および処理ガスの供給源１９を備え、両供給源は、不活性またはシールガス１８２および処理ガス１９２のそれぞれをウエハキャビティ１５０に運搬するように構成される。システム４００は、ウエハキャビティまたはキャビティの圧力バルブ４１０および下方チャンバ圧力バルブ４１２も備えることができ、両バルブは、ウエハキャビティまたはキャビティの圧力４１４、および下方チャンバの圧力４１６のそれぞれを制御する。
【００８５】
一実施形態によれば、ペクレ数は、半導体基板の外周に沿って１００よりも大きくてよい。好ましくは、前駆体ガスは、入口の容積が最小である反応器キャビティの中央に注入されて軸対称に流れ、一方、シールガスは、反応器キャビティの外周に沿って円周上に注入される。前駆体ガスは、半導体に膜を蒸着する反応を起こし、副生成物のガスは、反応器キャビティの外周に沿って円周上に分散している排気口に向かって径方向外側に流れる。同時に、シールガスは、反応器キャビティの外周に沿って円周上に分散している入口を通って径方向内側に流れる。高ペクレ数を得るために、以下の式に従ってガス圧力を制御する。
【００８６】
Ｃ2（Ｐv，−Ｐwc）ｍwc＞＞Ｏ−＞Ｐv，＞＞Ｐwc
【００８７】
１つの実施形態は、表板の外側部分の周りを円周上に分散しているガス路を通って供給されるガスを含む不活性ガスシールを供給するように、ガス出口を有する表板と、中央ガス路を有する裏板と、反応キャビティの外周に沿って円周上に分散しているシールガス路を有する絶縁リングとを備えているシャワーヘッドモジュールを備えている。米国特許公開第２０１７／０１０１７１０号の図９では、以下の式のｍ2およびｍvsは質量流量をｋｇ／秒で表し、Ｃ2、Ｃ3およびＣ4はガス伝導率をリットル／秒で表し、Ｓeffは効果的なポンプ輸送速度をリットル／秒で表している。高ペクレ数を得るために、以下に示したように、ｍwcは効果的なポンプ輸送速度を超えるほど大きくはなく、ｍｖｓは大きく、Ｃ2はＣ3よりも大きく、Ｓeffは大きいことが望ましく、Ｐchは大きくてもよい（ただし希釈の問題が生じる）。
【００８８】
Ｃ2／Ｃ3（Ｃ3Ｐch＋ｍvs）−ｍwc／Ｓeff＞＞Ｏ  式中、Ｓeff＝ＳＣ4／Ｓ＋Ｃ4である。
【００８９】
ウエハを処理している間、反応器キャビティおよび主要チャンバ内の圧力は調整されるが、シールガス流量は一定に保たれる。反応器キャビティの圧力が主要チャンバの圧力に対して±１トルに維持されていれば、反応器キャビティ内に前駆体ガスを収容することが可能である。仮想のガスシール構成では、不活性ガスシールを用いて反応器キャビティ内を所望の圧力に維持することが可能である。
【００９０】
図１４は、ガス入口６０４を有する表板６０２と、中央ガス路６０８を有する裏板６０６と、内側リング６１２および外側リング６１４を有する絶縁リング６１０とを備えているシャワーヘッドモジュール６００の破断図である。内側リング６１２および外側リング６１４は、内側リング６１２の下側部分の周りにあるシール６１３が、内側リングと外側リングの対向する面どうしの間に環状充気室を設けるように、ぴったり合わさる。内側リング６１２は、内面６１８の上側部分に沿って円周上に分散しているシールガス入口６１６と、入口６１６から径方向外側に延びている水平路６２０と、水平路６２０から下向きに延びている垂直路６２２と、内側リング６１２の下面６２６に沿って円周上に分散しているシールガス出口６２４とを有する。
【００９１】
内側リング６１２は、内面６１８の下側部分に沿って円周上に分散して径方向に延びているスロットを有する第一排気口６２７と、下面６２６に沿って円周上に分散している第二排気口６２８とを有する。第一排気ガス出口６２７は、第一排気ガス出口６２７から上向きに延びている垂直路６３０と、シールガス入口６１６の下の位置で内面６１８に沿って円周上に分散している第一排気ガス出口６３２を有する内向きに延びている水平路とに接続している。第二排気ガス出口６２８は、垂直路（図示せず）と、内側リング６１２の外面６１９に沿って円周上に分散している第二排気ガス出口６２９を有する水平路とに接続している。シールガス出口６２４は、シールガスを運搬して絶縁リング６１０の下にガスシールを形成し、シールガスの一部は、半導体基板処理中に第二排気ガス出口６２８を通ってウエハキャビティ１５０に引き出される。
【００９２】
図１５は、図１４のシャワーヘッドモジュールの別の破断図であり、内側リング６１２が表板６０２および裏板（ガス分配板またはＧＤＰ）６０６の外周に沿ってどのように合わさって、ＧＤＰ６０６の外側部分にあるシールガス供給充気室６５０から径方向に延びるシールガス路６５２にシールガスを供給できるかを示している。シールガス路６５２は、上側ガスシール６５４と下側ガスシール６５６との間に位置している環状充気室６５８の中に開口している。環状充気室６５８は、内側リング６１２の内面６１８にあるシールガス入口６１６と流体連通して、シールガスを内側リング６１２の下面６２６にあるシールガス出口６２４を通して運搬する。
【００９３】
ＧＤＰ６０６は、ＧＤＰ６０６の外周にある径方向に延びる第一排気口６８２に接続している第一排気ガス充気室６８０を備えている。出口６８２は、下側シール部６５６と環状シール部６８６との間にある環状排気充気室６８４に開口している。環状排気充気室６８４は、内側リング６１２の内面６１８にある第一排気ガス出口６３２と連通している。第一排気ガス出口６３２は、垂直路６３０およびスロット６２７と接続して第一ガスをウエハキャビティ１５０から排出させる。
【００９４】
外側リング６１４は、内側リング６１２の外面６１９と外側リング６１４の内面６１５との間に充気室がある状態で内側リング６１２を囲んでいる。第二排気口６２８は、第二排気ガスを第二排気ガス出口６２９から出して内側リング６１２と外側リング６１４との間にある充気室に入るようにする。ＧＤＰは、第一排気ガス充気室６８０に接続している絞り弁でポンプ輸送する構成を迂回して第二排気ガスを出せるように上面に少なくとも１つの開口６７０を有する。好ましくは、２つの対向する開口６７０は、ガスが流れる方位角が均一になるようにＧＤＰに設けられる。
【００９５】
いくつかの実施形態では、様々なステーションは、各々がマイクロボリュームのステーションであり、特に、モジュール内でステーションどうしが相互汚染するのを防止するように構成されるか操作されてよい。このような構成上または操作上の特徴には、前述したガスシール、または米国特許第９，７３８，９７７号および米国特許出願公開第２０１３／０３４４２４５号に記載されているカーテンガスを用いた仮想シーリングがあり、この仮想シーリングは、各々のマイクロボリュームをそれよりも大きいチャンバの容量から隔離させる不活性ガスを利用している。モジュールは、各ステーションに別々に流せるように各ステーションに専用のガス流調節器も装備でき、側部または上部を通ってマイクロボリュームから局所的にポンプ輸送することを、排気の混合を避けるために行うことができる。Ａｌまたは他の金属からの腐食または汚染を回避するため、金属ハロゲン化物（例えばＴｉＣｌ4）のステーションには完全にセラミック製のステーションハードウェアを使用できる。
【００９６】
カーテンガスを用いた仮想シーリングの例
大きいマルチ処理チャンバの中でそれよりも小さいチャンバの容積を「シミュレート」する１つの方法は、様々な処理ステーションどうしの間にガスカーテンを流し、それによって膜蒸着作業中に様々な処理ステーションを容積単位で隔離するという方法である。例えば、一連のＡＬＤサイクルの間、反応物、プラズマ供給ガスなどの相互混合を防止するためにこのような「カーテンガス」を処理ステーションどうしの間に流してよく、一方で、各処理ステーションで行われる反応性膜蒸着処理に悪影響を及ぼすことがない。これにより、反応物を流して副生成物をパージする目的で小さい容積を「シミュレート」することは可能だが、大きいチャンバ容積の利点は、高プラズマ出力および特定の構成要素にかかるコスト増大に関しては依然として触れていない。さらに、前述の利点に加えて、カーテンガス流を介して処理ステーションを容積単位で隔離することで、ＡＬＤサイクルを成す一連の作業を処理ステーション間でずらすことが可能になる。
【００９７】
ただし、前述の利点を得るために、様々な処理ステーションがカーテンガス流によって互いに容積単位で完全に隔離されているという事態は必要ないことに注意されたい。一般にはこのようにはならないと思うであろう。そのため、本開示の意味では、１つの処理ステーションをカーテンガス流を介して別の処理ステーションから「容積単位で隔離する」とは、処理ステーション間のカーテンガス流が、そのようなカーテンガスを用いなければ起こるであろう処理ステーション間でのガスの混合を大幅に低減するように機能するという意味に解釈すべきである。これは、各処理ステーションがそれ自体の別々の処理チャンバにあった場合に起こる「完全」または「完璧」な容積単位での隔離とは対照的である。カーテンガスを用いる容積単位での隔離は、このような完璧／完全な分離／隔離を含意したり要求したりするものではない。
【００９８】
実施形態に応じて、処理チャンバに入るカーテンガスの流量は、処理チャンバに入るプラズマ供給ガスの流量とは異なっていてよいことにも注意されたい。いくつかの実施形態では、プラズマ供給ガスは、ステーションごとに約５〜５０標準リットル／分（ＳＬＭ）、またはさらに詳細にはステーションごとに約１０〜３５ＳＬＭ、またはまたさらに詳細にはステーションごとに約１５〜２０ＳＬＭの割合で各ステーションで処理チャンバに流れてよい。いくつかの実施形態では、カーテンガスは、ステーションごとに約３〜６０ＳＬＭ、またはさらに詳細にはステーションごとに約１０〜５０ＳＬＭ、またはまたさらに詳細にはステーションごとに約１５〜４０ＳＬＭ、またはそのまたさらに詳細にはステーションごとに約２０〜３０ＳＬＭの割合で処理チャンバに流れてよい。このようなカーテンガス流量は、処理ステーションの近傍から処理チャンバの遠隔領域（シャワーヘッドの背面など）に反応物およびプラズマ供給ガスが逆拡散するのを低減（かつ／または防止）する。
【００９９】
いくつかの実施形態では、マルチステーション膜蒸着装置は、１つが各処理ステーションと接続しているシャンデリア型シャワーヘッドを用いてよい。そのようなシャンデリアシャワーヘッドは、一般に、ヘッド部および軸部を有していてよく、ヘッド部の底面には、膜前駆体（例えばＡＬＤ作業で基板面に吸着させるため）と、プラズマ供給ガス（例えばＡＬＤ作業でプラズマを活性化させるため）と、場合によっては別個のパージガスを各処理ステーションの近傍にある処理チャンバに流すための孔がある。シャワーヘッドの軸部は、処理チャンバ内の各処理ステーションの上にヘッド部を支持する／吊すため、また、膜前駆体（および／または他の反応物）、プラズマ供給ガスなどをヘッド部にある孔に流すための流路／流体接続部を提供するためにある。一般に、シャンデリア型シャワーヘッドの設計により、膜前駆体を基板面に対して空間的に均一に良好に分散させることが可能になり、これを用いずにわずかな数のノズルを点の流源として用いて達成する場合と比較して改善が見られると思われる。
【０１００】
プラズマ供給ガスとカーテンガスとは、異なる目的に使用されるため、一般に処理チャンバへの入口点が異なる。プラズマ供給ガスは、（前述したように）シャワーヘッドのヘッド部の底面にある孔を通ってチャンバに入るのに対し、カーテンガスは、様々な処理ステーションに対して容積単位での隔離を実現する際（他の利点を提供する可能性がある際も）の役割に適した入口点から処理チャンバに導入されてよい。例えば、処理ステーション特有のシャンデリアシャワーヘッドを用いる実施形態の場合、カーテンガスは、各々のシャンデリアシャワーヘッドのヘッド部の後ろから処理チャンバに放出されてよく、特に、いくつかの実施形態では、シャワーヘッドの軸部を囲んでいるシャワーヘッドカラーにある孔を通って放出されてよい。さらに、特定のそのような実施形態では、カーテンガスは、これらの孔から基板および／またはヘッド部の底面の平面に実質的に平行な方向に流れてよく、そのため一般に最初は、シャワーヘッドのヘッドの底面から出る流れに垂直な方向に流れる。カーテンガスのこの流れは、カーテンガスがシャワーヘッドの背面（シャワーヘッドのヘッド部の上面）の端部に到達するまで横方向に続いてよく、この点でカーテンガス流は下を向いてよく、そのときシャワーヘッドのヘッドからのプラズマ供給ガスおよび／またはパージガスの流れと実質的に平行になる。
【０１０１】
記載したように、マルチステーション処理チャンバで、このようにカーテンガスが流れるパターンを利用して、処理ステーション間の容積単位の隔離を実現してよい。しかしながら、単一の処理ステーションの実施形態という文脈であっても、シャワーヘッドのヘッド部の後ろからカーテンガス流を確立することに付随する利点がある可能性がある。このような流れのパターンを説明するため―まず、単一の処理ステーションというより簡単な実施形態―、図１６は、処理チャンバ１７０２と、シャワーヘッド１７０６およびシャワーヘッドカラー１７３０と、特徴的なカーテンガス流路１７２０と、プラズマ供給ガス（および反応物前駆体）流路１７１０とを有する単一のステーション基板処理装置１７００の概略断面図を描いている。図１６に示した構成では、上記の説明と一貫して、プラズマ供給ガス源１７１３から来るプラズマ供給ガスは、シャワーヘッド１７０６のヘッド部の底面を通ってチャンバ１７０２に流れ込み、カーテンガス供給源１７２２から来るカーテンガスは、シャワーヘッド１７０６の軸部を囲んでいるシャワーヘッドカラー１７３０の孔を通ってチャンバ１７０２に流れ込む。そのため、カーテンガスはここで（単一のステーションという状況であっても「カーテンガス」という説明語句は維持されることに注意されたい）、シャワーヘッド１７０６の背面の中心軸近くにある処理チャンバ１７０２に導入され、ペデスタル１７０８に保持された基板１７１２の平面に実質的に平行に（かつ、シャワーヘッド１７０６のヘッド部の底面に実質的に平行に）流れて導入される。このように導入されたカーテンガスはその後、シャワーヘッドの周り、シャワーヘッドおよびステーションの周囲に沿って、流れるように進み、チャンバの側壁まで下りてから、クロスプレート１７０３の近傍にあるチャンバを（図１６に矢印で概略的に示したように）出て行く。
【０１０２】
ただし、考察したように、マルチステーション基板処理チャンバでは、カーテンガスは、処理ステーション間の容積単位の隔離をさらに提供してよい。図１７は、処理器１８００のマルチステーション処理チャンバ１８０２内にある処理ステーション１８１１と１８１２の対（図１７の破線を参照）の概略図である。図にガス流の方向を指す矢印で示したように、（単一のステーションという状況で）図１６に示したカーテンガス流のパターンに加えて、ここではカーテンガス１８２０は、処理ステーション１８１１と１８１２との間にさらに流れて両ステーションを互いに容積単位で隔離している。この図は、処理ステーションの対の断面を示しているため、図は、２ステーション処理チャンバの実施形態を表すことができる、または４ステーション処理チャンバの実施形態の断面図を表すことができることに注意されたい。いずれにしても、図示した対の各処理ステーションは、図１６に示した単一の処理ステーションと同じものであり、よって図１６に記載の文（および符号）は、必要に応じて図１７にも適用され、１つの相違点として、図１７には処理ステーション１８１１と１８１２の対があり、この対は、カーテンガス１８２０の流れによって互いに容積単位で隔離／分離されているという点である。
【０１０３】
いくつかのその他の実施形態では、カーテンガスは、処理チャンバ内の他の入口点から、例えばペデスタルから、シャワーヘッドから、または処理チャンバ自体から処理チャンバの中に放出されてよい。例えば、ステーションにあるペデスタルは、周縁および／または側壁に沿って孔および／またはスロットを有していてよく、この孔は、処理チャンバにカーテンガスを放出するように構成される（例えばカーテンガス供給源に流体接続される）。別の例では、シャワーヘッドは、周縁および／またはシャワーヘッドの面（例えば周囲の側部または上部）に沿って孔および／またはスロットを有していてもよく、孔は、処理チャンバにカーテンガスを放出するように構成される。さらに別の例では、処理チャンバは、各ステーションの周りにカーテンガスを放出するように構成されてもよい。いくつかのそのような実施形態では、処理チャンバは、そのようなカーテンガスを流すために、ノズル、孔、スロット、またはカーテンガス供給源に流体接続しているその他の開口を有してしてよい。そのような開口は、様々な処理ステーションに対して容積単位の隔離を適切に実現するために処理チャンバ内に構成され設けられてよい。例えば、チャンバは、カーテンガスが処理チャンバの中および各処理ステーションの周りに流れてよいように、各処理ステーションの上に円形パターンに構成された一連の孔またはノズルを有していてよい。
【０１０４】
図１８は、カーテンガスを処理チャンバに放出するように構成されたシャワーヘッドを備えている処理チャンバの一例を描いている。見ての通り、図１８は、処理チャンバ１７０２およびシャワーヘッド１９０６のほか、図１６に記載され含まれている特徴のいくつかも備えている装置１９００を含んでいる。シャワーヘッド１９０６は、カーテンガス供給源１７２２に流体接続され、破線で識別されたカーテンガス１９２０を処理チャンバに流すように構成される。図１８は、シャワーヘッド１９０６からカーテンガスが流れるおおまかな概要を示すことを意図したものである。したがって、図１８に描いた特徴のいくつかは図１６にある特徴とほぼ同じかつ／または同一であり、シャワーヘッドカラーなどのいくつかの特徴は、例示を目的としているために省略されている。カーテンガス流は、シャワーヘッドの１つまたは複数のどの部分から出てもよく、例えば円周上の側壁、上部、または底部から出てよい。
【０１０５】
同じように、図１９は、カーテンガスを処理チャンバに放出するように構成されている第２の例の処理チャンバを描いている。図１９は、処理チャンバ本体２００２のほか、図１６に記載され含まれている特徴のいくつかも備えている装置２０００を含んでいる。処理チャンバ２００２は、カーテンガス供給源１７２２に流体接続され、破線で識別されたカーテンガス２０２０を処理チャンバに流すように構成される。図１９は、処理チャンバ本体から、例えば処理チャンバの上部からカーテンガスが流れるおおまかな概要を示すことを意図したものである。したがって、描いた特徴のいくつかは図１６にある特徴とほぼ同じかつ／または同一であり、シャワーヘッドカラーなどのいくつかの特徴は、例示を目的としているために省略されている。
【０１０６】
図２０は、カーテンガスを処理チャンバに放出するように構成されたペデスタルを備えている第３の例の処理チャンバを描いている。見ての通り、図２０は、ペデスタル２１０８のほか、図１６に記載され含まれている特徴のいくつかも備えている装置２１００を含んでいる。ペデスタル２１０８は、カーテンガス供給源１７２２に流体接続され、破線で識別されたカーテンガス２１２０を処理チャンバに流すように構成される。図２０は、ペデスタル２１０８から、例えば処理チャンバの上部からカーテンガスが流れるおおまかな概要を示すことを意図したものである。したがって、描いた特徴のいくつかは図１６にある特徴とほぼ同じかつ／または同一であり、シャワーヘッドカラーなどのいくつかの特徴は、説明を目的としているために省略されている。
【０１０７】
本開示は、シャワーヘッドの背面から来る軸対称の不活性ガス流を導入するものである。いくつかの例では、キャビティ内のパージガスの流れは、前駆体がキャビティに逆拡散（または逆流）するのを防止するためにペクレ条件を満たしている（通常はペクレ数が１よりも大きい）。その結果、チャンバの容積を縮小すると同時に、洗浄が困難なことがあるキャビティ内の不要な蒸着を最小に抑えることができる。背面の流れをＲＦ隔離／抑制デバイスと組み合わせることによって、さらに別の改善を達成し得る。ＲＦ隔離／抑制デバイスは、キャビティ内の電場を低減する可能性があり、それによって寄生プラズマが発生する可能性を低減する。
【０１０８】
ここで図２１を参照すると、この図は、シャワーヘッド８７０を有する処理チャンバ８６０を備えている基板処理システム２２５０の一例を描いている。シャワーヘッド８７０は、軸部８７２およびヘッド部８７４を含んでいる。ヘッド部８７４は、内側キャビティ８７５を画定している。前駆体またはパージガスなどの流体は、軸部８７２を通って分散板８７６の上に流れ、内側キャビティ８７５に流れる。流体はその後、ヘッド部８７４の底面に間隔をあけて並んでいる孔８７８を通って処理チャンバに流れる。
【０１０９】
シャワーヘッド８７０の軸部８７２は、カラー８８０によって処理チャンバ８６０の上壁に接続している。カラー８８０は、全体的に「Ｔ」字型の断面を有し、ヘッド部８８１および軸部８８３を含んでいる。カラー８８０は、筒形状でシャワーヘッド８７０の軸部８７２を受け入れる内側キャビティ８８４を画定している。軸部８８３には複数のスロット８８６が形成されてパージガスなどの流体を内側キャビティ８８４から軸部８８３の外面に流す。
【０１１０】
流体コネクタ８９０がカラー８８０のヘッド部８１の縁に接続されてよく、流体コネクタは、パージガスなどの流体を供給するために使用される。流体コネクタ８９０は、全体を通して８９２で識別される１つ以上の導管および／またはコネクタを備えている。カラー８８０のヘッド部８８１は、同じく全体を通して８９３で識別される導管および／またはコネクタを備えて流体の流れをカラー８８０の内側キャビティ８８４へ誘導する。
【０１１１】
シャワーヘッド８７０のヘッド部８７４とカラー８８０との間にはプレート９００が配置されている。プレート９００は、上面９０４、中央の開口またはボア９１０、および底面９１４を有する。いくつかの例では、プレート９００はセラミック製である。プレート９００の厚みは、材料を最小にし、接地プラズマまたは寄生プラズマへの容量結合を最小にするように選定されてよい。プレート９００の上面９０４は、カラー８８０の下縁から離れていて、両者の間に流体を流す。中央のボア９１０も軸部８７２から離れていて、両者の間に流体を流す。プレートの底面９１４は、シャワーヘッド８７０の上面から離れていて、両者の間に流体を流す。いくつかの例では、プレート９００は省力されてもよく、処理チャンバはプレート９００なしでも動作し得る。
【０１１２】
パージガスをカラーを通して流すことで、処理の蒸着化学物質がキャビティ内の領域に入るのを抑制し、そこで望ましくない膜蒸着が起こるのを防止する。スロットおよびその他の間隙の寸法は、その中でプラズマが点火するのを防止し、所望のガス流量に対する逆拡散を防止するペクレ条件を満たすように選定されてよい。
【０１１３】
次に図２２を参照すると、この図は、ヘッド部８８１および軸部８８３を有する図２１のカラー８８０の一例を描いている。スロット８８６は、弓形状であってよく、軸部８８３の周りに設けられてよい。スロット８８６は、流体を内側キャビティ８８４からスロット８８６を通して流す。ヘッド部８８１は、嵌合部分９１８を有していてよく、この嵌合部分は、流体コネクタ８９０にある対応する嵌合部分と嵌合する。接続されたとき、カラー８８０の導管８９３は、流体コネクタ８９０の導管８９２と同列にある。
【０１１４】
次に図２３を参照すると、この図は、カラー８８０に対する流体コネクタ８９０の一例を描いており、流体コネクタ８９０は、第２の嵌合部分９２０、導管９３０、コネクタ９３２、導管９３４、およびコネクタ９３６を含んでいることが示されている。しかし、その他の流体コネクタの構成を構想される。
【０１１５】
図２４Ａおよび図２４Ｂは、図２１のプレート９００の例を描いている。図２４Ａでは、プレート９００の上面９０４は、全体的に円形の断面、およびプレート９００の中心の設けられた中心ボア９１０を有することが示されている。中心ボア９１０は、中心ボア９１０から径方向内向きに延びる１つ以上の突出部９４０を含んでいる。突出部９４０は、プレート９００と軸部８７２との間に一様な間隔を提供する。図２４Ｂでは、プレート９００の底面９１４は、処理チャンバの上部に対して下向きに延びる突出部９４４を含んでいることが示されている。突出部９４４は、プレート９００の底面９１４とシャワーヘッド８７０のヘッド部８７４の上面との間に一様な間隔を提供する。突出部９４０および９４４は、寄生プラズマを防止するのに十分に近い間隔を提供してよい。典型的な処理条件に対して寄生プラズマを防止するのに、例えばわずか約３ｍｍ以下の間隔が適切なことがある。典型的な処理条件に対してこの間隔を用いると、プラズマシースに沿って形成するためのプラズマには十分な空間がない（２つのプラズマシースの長さよりも短い）。プラズマの形成は、プラズマ密度、プラズマ電子温度、およびシース全体の電圧に影響されることがある。
【０１１６】
さらに、再度図４を参照すると、マルチステーション処理モジュールにあるペデスタルの数を変更でき、例えば２つ以上にでき、４つである必要はない。誘電体と金属ペデスタルとの比率を変更でき、例えばＱＳＭでは２：２、または例えば工程の回数を変更できるように考慮するために１：３などの異なる比率にできる。金属が単一の層ではなく各面にバリア／ライナー（例えばＷＮ／Ｗ／ＷＮ）を有する場合、マルチステーションモジュール内のペデスタル（ステーション）は、それに応じて構成され、例えばペデスタル１＝誘電体、ペデスタル２＝ライナー１、ペデスタル３＝金属、ペデスタル４＝ライナー２としてよい。ペデスタルを、事前加熱、化学的事前処理、冷却、事後処理、核形成などの別の機能またはその他の作業に役立てることもできる。
【０１１７】
ウエハ搬送時間にかかると見込まれる膨大な一般管理費は、積層の蒸着を完了する前と後を含めて、何回分か荷の上げ降ろしができるように多くの羽根が付いた搬送ロボット５９を使用することで相殺される可能性がある。あるいはウエハは、例えばウエハとウエハとの均一性を高めるために、積層蒸着中にモジュールどうしの間で搬送されてよい。バッファステーション６１、例えば、誘電体の蒸着と金属の蒸着との間で様々な温度で加熱／冷却するステーションを使用することで、効率も高まる可能性がある。
【０１１８】
このｉｎ−ｓｉｔｕでの連続したＭＳＭ（マルチステーションモジュール）の実施形態では、特に、商業上の規模、品質および処理高の意味で高性能が見込まれる。効率（処理高）は、技術的性能を実質的に犠牲にすることなく高まるため、相互汚染の最大許容閾値を超えず、かつ／または蒸着作用が不適切なために時間の経過に伴いウエハ全体に対するペデスタルの蒸着特徴が変わってしまうという処理の変動性は、巧みに設計され制御されたＭＳＭツールで制御される。
【０１１９】
統合したＩｎ−Ｓｉｔｕでの一時的なバッチ―同じツール／同じモジュール／同じペデスタル
図５を参照すると、第３の実施形態では、統合した誘電体の蒸着と金属の蒸着は、同じツール７０の同じモジュール７１の同じペデスタル８２（８２ａ／８２ｂ）で連続して実施されてよい。少なくとも１つの誘電体および金属の蒸着モジュールがあるこの実施形態に従って、ｉｎ−ｓｉｔｕでの一時的なバッチ処理用に適切なツール７０を構成してよく、この実施形態ではＬａｍ  Ｍａｃｈ  ＩＱプラットフォーム７５に４つのＱＳＭ（４ステーションモジュール）７１、７２、７３、７４がある。プラットフォーム７５は、ロードロック７６を備え、ロボット７７は、１つ以上のポッド７８の中に積載されたカセットから大気口を介してロードロック７６の中にウエハを移動させるように構成される。ウエハは、例えば水分および吸収されたガスを除去するため、あるいはその他の事前処理の理由で、ロードロック７６に入ったときに加熱されるかプラズマに暴露されてよい。バッファステーション８１、例えば、誘電体の蒸着と金属の蒸着との間で様々な温度で加熱／冷却するステーションを使用することで、効率も高まる可能性がある。その後、別のロボット（例えば７９）がウエハを処理用の蒸着モジュールの中に設置できる。
【０１２０】
例えば、Ｌａｍ  ＲｅｓｅａｒｃｈのＳｔｒａｔａ  ＰＥＣＶＤおよび／またはＳｔｒｉｋｅｒ  ＡＬＤの誘電体蒸着モジュールステーションの設計の局面は、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＡＬＴＵＳ金属蒸着モジュールステーションの設計の局面と同じモジュールにある同じペデスタル（ステーション）に統合されてよい。あるいは、Ｌａｍ  ＲｅｓｅａｒｃｈのＳｔｒａｔａ  ＰＥＣＶＤおよび／またはＳｔｒｉｋｅｒ  ＡＬＤの誘電体蒸着モジュールステーションの設計は、誘電体および金属の蒸着が同じモジュール内の同じステーションで効果的に行われ得るように適応されてよい。このようにすると、同じく層間に空気の遮断がない。いくつかの実施形態では、様々なステーションは、それぞれがマイクロボリュームステーションであり、特に、モジュールの同じステーションで行われる蒸着作業と蒸着作業の間に相互汚染が起こるのを防止するように構成されてよい。このような構成または動作上の特徴として、出願公開第２０１５／０００４７９８号および第２０１７／０１０１７１０号を参照して前述したようなガスシールが挙げられる。モジュールには、各ステーションに別々に流せるように各ステーションに専用のガス流調節器を装備でき、別々の側部出口または上部出口を通ってマイクロボリュームから局所的にポンプ輸送することを、排気の混合を避けるために行うことができる。Ａｌまたは他の金属からの腐食または汚染を回避するため、金属ハロゲン化物（例えばＴｉＣｌ4）のステーションには完全にセラミック製のステーションハードウェアを使用できる。各ウエハは誘電体蒸着差魚と金属蒸着作業との間で移動することがないため、これによって処理高が高くなり、１ウエハあたりのコストが低い実施形態になるはずである。
【０１２１】
コントローラ
いくつかの実施形態では、本開示による装置は、１つ以上のシステムコントローラを、個々のモジュール内に組み込むか個々のモジュールと接続して組み込んでよく、かつ／またはツールの一部であるプラットフォーム３５、５５、７５などのツール内に組み込むかツールと接続して組み込んでよい。適切なコントローラは、ウエハを、モジュールおよびツール、流れている反応ガス種の中に入れ、通し、そこから出してモジュール処理チャンバ／ステーションに動かすための機械可読命令を含み、さもなければ導電体蒸着と誘電体蒸着との統合処理を実施する。
【０１２２】
プログラム命令は、ＤＣ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル、圧力、温度などの多様な処理パラメータを制御してよい。命令は、本明細書に記載した様々な実施形態に従って膜の積層をｉｎ−ｓｉｔｕで蒸着するよう動作させるパラメータを制御してよい。
【０１２３】
システムコントローラは通常、開示した実施形態による方法を装置が実施するように、命令を実行するように構成された１つ以上の記憶デバイスおよび１つ以上のプロセッサを備えている。開示した実施形態に従って処理動作を制御するための命令を含む機械可読媒体をシステムコントローラに接続してよい。
【０１２４】
いくつかの実施態様では、システムコントローラはシステムの一部であり、システムは、上記の実施例の一部としてよい。このようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、処理用の１つまたは複数のプラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハペデスタル、ガス流システムなど）を備える半導体処理装置を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板を処理する前、その間、およびその後にシステムの動作を制御する電子機器と一体化していてよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれてよく、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素またはサブパーツを制御してよい。システムコントローラは、処理条件および／またはシステムの種類に応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生ツールの設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給の設定、電位および動作の設定、ツールおよびその他の移送ツールの中へまたはそこからのウエハ移送および／または特定のシステムに接続されているか特定のシステムのインターフェースとなっているロードロックなど、本明細書に開示したいずれかの処理を制御するようにプログラムされてよい。
【０１２５】
概して、システムコントローラは、命令を受け、命令を発し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどを行う、様々な集積回路、論理回路、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器であると定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェア形態のチップ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と定義されるチップ、および／または１つ以上のマイクロプロセッサ、またはプログラム命令（例えばソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを備えていてよい。プログラム命令は、半導体ウエハ上で、もしくは半導体ウエハ用に、またはシステムに対して、特定の処理を実行する動作パラメータを定義する様々な個別の設定（またはプログラムファイル）の形態でシステムコントローラへと伝達される命令としてよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つ以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／またはウエハのダイを製造する過程で１つ以上の処理工程を達成するために処理エンジニアによって定義されたレシピの一部としてよい。
【０１２６】
システムコントローラは、いくつかの実施態様では、システムと一体化し、システムと接続している、あるいはシステムとネットワーク接続されている、またはこれらを組み合わせた状態であるコンピュータの一部であってもよいし、このコンピュータに接続していてもよい。例えば、システムコントローラは、「クラウド」にあってもよいし、あるいはウエハ処理の遠隔アクセスを可能にできるファブホストコンピュータシステムの全体または一部であってもよい。コンピュータは、製造動作の現在の進捗を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向または性能メトリックを調査し、現在の処理のパラメータを変更し、処理ステップを設定して現在の処理に従い、または新しい処理を始めるために、システムへの遠隔アクセスを可能にしてよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えばサーバ）は、ネットワークを介してシステムに処理レシピを提供でき、このネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでいてよく、それらのパラメータおよび設定はその後、リモートコンピュータからシステムへ伝達される。いくつかの例では、システムコントローラは、１つ以上の動作中に実行される各々の処理工程に対するパラメータを指定するデータ形態の命令を受け取る。パラメータは、実行される処理の種類、およびシステムコントローラがインターフェースするか制御するように構成されるツールの種類に対して固有のものであってよいと理解すべきである。そのため、前述したように、一緒にネットワーク化され、本明細書に記載した処理および制御などの共通の目的に向かって機能する１つ以上の別個のコントローラを備えることなどによってシステムコントローラを分散してよい。このようにするために分散したコントローラの例が、（例えばプラットホームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔地に位置する１つ以上の集積回路と通信するチャンバ上にあって、組み合わさってこのチャンバ上の処理を制御する１つ以上の集積回路であろう。
【０１２７】
ツールによって実行される１つまたは複数の処理工程に応じて、システムコントローラは、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近隣のツール、工場全体に位置するツール、主コンピュータ、別のコントローラ、または、ウエハの容器を、半導体製造工場内のツール位置および／または搭載ポートへ運び、そこから運び出す材料輸送に使用されるツールのうちの１つ以上のツールと通信することがあってよい。
【０１２８】
特定の実施形態の実施
一例である４ステーションＰＥＡＬＤ／ＰＥＣＶＤ処理ツール（例えばＬａｍ  Ｓｔｒｉｋｅｒ）を用いて、例としてのシラン系二酸化シリコンおよび窒化チタンの処理対するパラメータ範囲を表１Ａおよび表１Ｂに示している。膜形成処理化学物質の他の実施形態ではその他の適切なパラメータ範囲を用いてよいことは理解されるであろう。例えば、ＣＯおよび／またはＣＯ2を酸素供給源として使用してシランから形成された二酸化シリコン膜、およびＮ2、ＮＨ3および／またはＮ2／Ｈ2のプラズマから得た窒素原子を使用してチタンハロゲン化物から形成された窒化チタン膜には、その他のパラメータ範囲を適用してよい。
【０１２９】
【表１Ａ】
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【０１３０】
【表１Ｂ】
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【０１３１】
チタンハロゲン化物およびアンモニアを使用する窒化チタン処理の一例および４ステーション処理ツールの一例を表２Ａに示し、シランおよび一酸化窒素を使用する二酸化シリコン処理の一例および４ステーション処理ツールの一例を表２Ｂに示している。
【０１３２】
【表２Ａ】
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【０１３３】
【表２Ｂ】
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【０１３４】
結論
上記の実施形態を明確な理解のためにいくらか詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲内であれば特定の変更および修正を加えてもよいことは理解されるであろう。本実施形態の処理、システムおよび装置を実施する代替の方法が多数あることに注意すべきである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって限定的なものではないと考えるべきであり、実施形態は、本明細書に記載した詳細に限定されるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【国際調査報告】
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